CT基本原理与概述-影像FTP
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功能:存储图像、保存操作系统及故障诊断软件 扫描原始数据存储于硬盘缓冲区;重建图像存入硬 盘的图像存储区;磁带、光盘等存取图像通过硬盘 作中介。 CT图像的矩阵5122，一幅512×512字节的CT图像约 需0.5MB的存储空间。
工作站
*工作站系统规模比微型机大 *由于微型机（PC机）的硬件功能增强+ 图形图像处理软件，市场上许多基于微 机的医学三维图像处理的计算机(也称作 工作站，以表示功能强大)
CT基本原理与概述
陈瑞权
CT：( COMPUTED TOMOGRAPHY ) 以X线束对体部某一选定体层层面进行扫描,测 定透过的X线量, 数字化后经过计算得出该层面 各个单位容积的吸收系数, 然后重建图像的一 种成像技术。
1. 2. 3.
CT的组成 CT成像原理 CT的发展过程
CT机的组成 X线发生装置 X线检测接收装置 机械运动装置 计算机设备 图像显示及存储装置 工作站
机械运动装置 1. 扫描机架 2. 滑环 3. 扫描床
扫描机架
*机架与检查床相垂直。 *机架内装有成像系统组件:滑环、X线管、高压发生器、 准直器、探测器和数据采集系统等 *机架孔径和倾斜范围在应用中较为重要: 孔径:机架开口 大小：多为70cm,最大80cm *机架须能倾斜，以适应不同患者情况和各种检查的需 要，倾角:最大±30°
I = I e-µd
O
IO ：入射的X射线强度； I ：穿过均匀密度物体后的X射线强度； µ ：物质对该波长的线性衰减系数； d ：穿过均匀密度物体的路径长度； e ：自然对数底
CT影像的像素计算
在X射线穿过的路径上， X线方向上衰减系数 如果已知d、IO、In， μ值总和的测量 则物体的衰减系数总和 是可以计算出来的。 N1 N2 N3 Nn 这必须作出多方向投影, 建立多个联立方程式， I0 μ 1 μ 2 μ 3 μ n 才能算出所有的衰减 系数值来。CT采用横断面层面采 Δx Δx Δx Δx 样，形成图像的每一个像素 衰减值都被单独与源射线比 较计算，在重建时依照对应 Im-1 μ m 的像素位置和像素点不同的 衰减值，使原组织密度一一 还原；CT图像的重建过程， Δx 就是求每个小单元衰减系数 的过程。
I.
扫描床
*作用:运载患者,扫描定位 *要求: 承重:确保特殊体型患者的检查需要 床面材料:由易被X线穿透、能承重和易清洗的碳 素纤维组成 驱动：磁悬浮 气垫 老式皮带 *床纵向移动要求:平滑，精度高，绝对误差 <±0.5mm(高档机±0.25mm) 与X线束射出同向位置上有定位光源:准确定位
X线发生装置
1. 2. 3. 4.
高压发生器 X线管 冷却系统 准直器:调节层厚，减少辐射剂量，改善CT图 像质量 5. 滤过器:吸收低能量X线，优化射线能谱，减 少辐射剂量
X线检测接收装置
1. 探测器 2. 数据采集系统DAS
探测器
① ②
③
作用：将X射线能转换为可供记录的电信号的装置，通过测量 它接受的X射线量，然后产生与X射线量成正比的电信号。 类型： 气体探测器：惰性气体-氙气电离，量子探测效率低，低端使用 固体探测器：X射线照射闪烁晶体使之瞬间发光，利用光电倍 增管将这种闪烁晶体转换为电信号，再用电子线路和器件将它 们放大并存储下来。几何利用率在50%-80%。闪烁晶体探测 器（铊激活碘化钠晶体、铊激活碘化铯晶体、钨酸镉晶体）和 稀土陶瓷探测器（宝石探测器：宝石加稀有元素-GE） 光子计数探测器
CT成像的基本原理
x-线 球管
x-射线
探测器
检查物体
CT数据采集：从不同投影方向获得扫描数据 X线管围绕被检体旋转，X线按特定方式通过被检体横断 面，探测器接收穿过人体的射线衰减信号送给计算机处 理，经计算机重建处理形成被检体横断面图像
采集信息系统
多幅 相机
CT 照片
X 线 管
人体 准 直 器
数据采集系统DAS
*模数转换器是CT数据采集系统（Data Acquisition System，DAS）的主要组成部分。 *CT最初探测到的是连续的随时间而变的模拟 信号，可由电压表读取或由示波器显示，但无 法被计算机识别。 *模数转换器将来自探测器的输出信号放大、 积分后多路混合变为数字信号送入计算机处理。
In
ImBiblioteka Baidu
图像形成的重建阶段
CT图像产生的第二个阶段就是图像重建阶段， 这主要由阵列处理机进行处理。
人体的每个体积元 用一个象素来表示。 每个象素用一个CT 值来表示。
球管
体部 探测器
数据处理过程
原始数据
校准
滤波
反投影
图像重建方法
1.在2009年北美放射年会后，高端CT推出新的图像重建 方法-迭代重建。 迭代重建技术（IR)克服了滤波反投影(FBP)由于算法简 单导致图像对噪声比较敏感和需要抑制伪影从而影响图像 质量的弊端，一般可降低辐射剂量30%-70%,耗时，对计 算机要求高 2.各公司迭代重建算法名称 * GE：自适应统计迭代重建（ASIR)和基于模型的迭代重 建（MBIR) *西门子：图像空间迭代重建（IRIS)和原始数据迭代重建 （SAFIRE) *东芝：自适应低剂量迭代重建（ADIR) *Philips:基于双模式迭代重建（iDose4)
滑环
含义：CT扫描机架中去掉电缆，代以铜制滑环和导 电碳刷，通过碳刷和滑环的接触导电,使机架作单向 连续旋转，即滑环技术。 II. 结构形状： ① 盘状滑环:圆盘状，导通部分设在盘面上。 ② 筒状滑环:圆筒状，导通部分位于圆筒侧面。 III. 传导方式: ① 低压滑环（大多数厂家都采用）。 ② 高压滑环（易高压放电导致高压噪声）。
计算机设备
1、主计算机：接收DAS的数字信号并 处理重建成横断面的图像。 2、图像重建计算机（阵列处理器）： 在主计算机控制下，进行图像重建 等处理。
图像显示及储存部分
1、监视器
作用:通过键盘与计算机对话（包括患者资料的输 入、扫描过程的监控等）和图像显示。
2、存储器:硬磁盘、磁带、软盘和光盘等
探 测 准 器 直 器
A/D 转换器
计算机 重建
D/A 转换器
监视器 CT图像
激光打 印机
CT 照片
影像信息产生经过部件及传递的过程
成像原理
原始数据
CT图像
由物理学的吸收定律(朗伯定律)可知，当一单色线束通 过一密度均匀的小物体时，其能量因与物质的原子相互 作用而减弱，减弱的程度与物质的厚度和组成成分或吸 收系数有关，可用下式表达：
工作站
*工作站系统规模比微型机大 *由于微型机（PC机）的硬件功能增强+ 图形图像处理软件，市场上许多基于微 机的医学三维图像处理的计算机(也称作 工作站，以表示功能强大)
CT基本原理与概述
陈瑞权
CT：( COMPUTED TOMOGRAPHY ) 以X线束对体部某一选定体层层面进行扫描,测 定透过的X线量, 数字化后经过计算得出该层面 各个单位容积的吸收系数, 然后重建图像的一 种成像技术。
1. 2. 3.
CT的组成 CT成像原理 CT的发展过程
CT机的组成 X线发生装置 X线检测接收装置 机械运动装置 计算机设备 图像显示及存储装置 工作站
机械运动装置 1. 扫描机架 2. 滑环 3. 扫描床
扫描机架
*机架与检查床相垂直。 *机架内装有成像系统组件:滑环、X线管、高压发生器、 准直器、探测器和数据采集系统等 *机架孔径和倾斜范围在应用中较为重要: 孔径:机架开口 大小：多为70cm,最大80cm *机架须能倾斜，以适应不同患者情况和各种检查的需 要，倾角:最大±30°
I = I e-µd
O
IO ：入射的X射线强度； I ：穿过均匀密度物体后的X射线强度； µ ：物质对该波长的线性衰减系数； d ：穿过均匀密度物体的路径长度； e ：自然对数底
CT影像的像素计算
在X射线穿过的路径上， X线方向上衰减系数 如果已知d、IO、In， μ值总和的测量 则物体的衰减系数总和 是可以计算出来的。 N1 N2 N3 Nn 这必须作出多方向投影, 建立多个联立方程式， I0 μ 1 μ 2 μ 3 μ n 才能算出所有的衰减 系数值来。CT采用横断面层面采 Δx Δx Δx Δx 样，形成图像的每一个像素 衰减值都被单独与源射线比 较计算，在重建时依照对应 Im-1 μ m 的像素位置和像素点不同的 衰减值，使原组织密度一一 还原；CT图像的重建过程， Δx 就是求每个小单元衰减系数 的过程。
I.
扫描床
*作用:运载患者,扫描定位 *要求: 承重:确保特殊体型患者的检查需要 床面材料:由易被X线穿透、能承重和易清洗的碳 素纤维组成 驱动：磁悬浮 气垫 老式皮带 *床纵向移动要求:平滑，精度高，绝对误差 <±0.5mm(高档机±0.25mm) 与X线束射出同向位置上有定位光源:准确定位
X线发生装置
1. 2. 3. 4.
高压发生器 X线管 冷却系统 准直器:调节层厚，减少辐射剂量，改善CT图 像质量 5. 滤过器:吸收低能量X线，优化射线能谱，减 少辐射剂量
X线检测接收装置
1. 探测器 2. 数据采集系统DAS
探测器
① ②
③
作用：将X射线能转换为可供记录的电信号的装置，通过测量 它接受的X射线量，然后产生与X射线量成正比的电信号。 类型： 气体探测器：惰性气体-氙气电离，量子探测效率低，低端使用 固体探测器：X射线照射闪烁晶体使之瞬间发光，利用光电倍 增管将这种闪烁晶体转换为电信号，再用电子线路和器件将它 们放大并存储下来。几何利用率在50%-80%。闪烁晶体探测 器（铊激活碘化钠晶体、铊激活碘化铯晶体、钨酸镉晶体）和 稀土陶瓷探测器（宝石探测器：宝石加稀有元素-GE） 光子计数探测器
CT成像的基本原理
x-线 球管
x-射线
探测器
检查物体
CT数据采集：从不同投影方向获得扫描数据 X线管围绕被检体旋转，X线按特定方式通过被检体横断 面，探测器接收穿过人体的射线衰减信号送给计算机处 理，经计算机重建处理形成被检体横断面图像
采集信息系统
多幅 相机
CT 照片
X 线 管
人体 准 直 器
数据采集系统DAS
*模数转换器是CT数据采集系统（Data Acquisition System，DAS）的主要组成部分。 *CT最初探测到的是连续的随时间而变的模拟 信号，可由电压表读取或由示波器显示，但无 法被计算机识别。 *模数转换器将来自探测器的输出信号放大、 积分后多路混合变为数字信号送入计算机处理。
In
ImBiblioteka Baidu
图像形成的重建阶段
CT图像产生的第二个阶段就是图像重建阶段， 这主要由阵列处理机进行处理。
人体的每个体积元 用一个象素来表示。 每个象素用一个CT 值来表示。
球管
体部 探测器
数据处理过程
原始数据
校准
滤波
反投影
图像重建方法
1.在2009年北美放射年会后，高端CT推出新的图像重建 方法-迭代重建。 迭代重建技术（IR)克服了滤波反投影(FBP)由于算法简 单导致图像对噪声比较敏感和需要抑制伪影从而影响图像 质量的弊端，一般可降低辐射剂量30%-70%,耗时，对计 算机要求高 2.各公司迭代重建算法名称 * GE：自适应统计迭代重建（ASIR)和基于模型的迭代重 建（MBIR) *西门子：图像空间迭代重建（IRIS)和原始数据迭代重建 （SAFIRE) *东芝：自适应低剂量迭代重建（ADIR) *Philips:基于双模式迭代重建（iDose4)
滑环
含义：CT扫描机架中去掉电缆，代以铜制滑环和导 电碳刷，通过碳刷和滑环的接触导电,使机架作单向 连续旋转，即滑环技术。 II. 结构形状： ① 盘状滑环:圆盘状，导通部分设在盘面上。 ② 筒状滑环:圆筒状，导通部分位于圆筒侧面。 III. 传导方式: ① 低压滑环（大多数厂家都采用）。 ② 高压滑环（易高压放电导致高压噪声）。
计算机设备
1、主计算机：接收DAS的数字信号并 处理重建成横断面的图像。 2、图像重建计算机（阵列处理器）： 在主计算机控制下，进行图像重建 等处理。
图像显示及储存部分
1、监视器
作用:通过键盘与计算机对话（包括患者资料的输 入、扫描过程的监控等）和图像显示。
2、存储器:硬磁盘、磁带、软盘和光盘等
探 测 准 器 直 器
A/D 转换器
计算机 重建
D/A 转换器
监视器 CT图像
激光打 印机
CT 照片
影像信息产生经过部件及传递的过程
成像原理
原始数据
CT图像
由物理学的吸收定律(朗伯定律)可知，当一单色线束通 过一密度均匀的小物体时，其能量因与物质的原子相互 作用而减弱，减弱的程度与物质的厚度和组成成分或吸 收系数有关，可用下式表达：